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CAPITULO 5
DISEÑO DEL BIODIGESTOR
5.1 FACTORES DE CONSTRUCCCION
El digestor puede estar hecho con diferentes materiales de construcción, y puede
estar enterrado o sobre el nivel del suelo, puede ser vertical u horizontal.
La campana almacenadora del gas, llamada gasómetro, que puede ser móvil y
flotante, cubre el digestor y puede construirse de metal, plásticos, ferrocemento o
fija de mampostería, en otros casos esta campana móvil puede estar separada del
digestor, la función de esta campana es la de almacenar el gas que se produce en
el digestor, además ejerce presión al gas para el consumo.
Dispone de un tanque de carga en donde se prepara la mezcla de la materia
prima, con agua y a través de un ducto es depositada en el fondo del digestor. La
capacidad de este, debe ser igual al volumen del material a digerirse, que requiere
el digestor diariamente; adicionalmente, se puede colocar o no un tanque de
almacenamiento del residuo (abono) que sale del digestor y debe estar colocado a
180 grados del tanque de carga, mínimo 90 grados.
120
Para complementar un proyecto de biogás, se hace necesario tener muy en
cuenta ciertas consideraciones que a la postre tornan en las decidoras del éxito o
fracaso en la funcionalidad de un sistema, así podemos citar:
SELECCION DEL LOCAL DE IMPLEMENTACION (SITIO A CONSTRUIRSE):
a. Debe ser de acceso fácil durante todo el año
b. Verificar de no estar expuesto a fuertes y continuas corrientes de
vientos
c. Evitar áreas de posibles inundaciones
d. Verificar la disponibilidad de agua suficientemente permanente para la
carga regular y limpieza
e. Que posibilite un retirado completo de la carga (en caso de limpieza)
f. Evitar sitios con nivel freáticos, alto
g. Se debe ubicar al digestor en un punto más próximo al sitio de
colocación del estiércol y a los puntos de consumo del gas "Es
preferible llevar el gas por tubería que el estiércol por carretilla"
h. El digestor no debe ubicarse a más de 30 - 40 metros del corral o
establo; distancias superiores perjudican el trabajo de carga al digestor
i. Debe procurarse un sitio con bastante insolación
j. Se ubicará a por los menos 15 metros de distancia de la fuente de agua
k. Se aprovecharán sitios con cierto declive, para que facilite la posible
carga y descarga automática.
121
5.2 FACTORES UTILITARIOS
- FUNCIÓN PRINCIPAL.
Los sistemas integrados para el ciclado y la recuperación de recursos y mejora en
las condiciones de saneamiento de una zona deben considerar como eje central
del sistema un digestor anaerobio
La función principal para el establecimiento del biodigestor es que constituyen
una valiosa alternativa para el tratamiento de los desechos orgánicos presentes en
las aguas residuales ya que previene la contaminación de los cuerpos de agua y al
mismo tiempo suministra un gas combustible (fundamentalmente metano) que
puede emplearse para satisfacer la demanda de energía de una comunidad y un
efluente que puede ser utilizado como fertilizante.
El biogás es empleado fundamentalmente en la generación eléctrica, en motores
para bombas de agua, alumbrado, en la cocción de alimentos y equipos de
refrigeración. El efluente en el riego de pasturas y en la generación de biomasa
cuando es sometido a postratamiento.
El tratamiento de excremento de animales y humanos en sistemas de Biogás
mejora las condiciones de saneamiento para los propietarios de la planta, sus
familias y la comunidad entera ya que el contenido inicial de patógenos del
excremento se reduce apreciablemente debido a los procesos de fermentación.
La adopción de biodigestores ha sido muy alta entre agricultores de áreas donde
la leña escasea o el acceso a electricidad u otras fuentes de energía es limitado.
Esta situación ha sido observada en campos de Colombia, Costa Rica, Ecuador, y
Sri Lanka. Como un resultado de la investigación en la tecnología de biogás, se
122
han desarrollado diferentes diseños de plantas de biogás como el caso del tipo de
la India, con una campana flotante o el modelo chino de campana fija para el
almacenamiento de biogás
En zonas tropicales los modelos de la India (también conocido como Gobar) y el
modelo Chino han tenido problemas por la aparición de grietas en el concreto
usado para construir estas unidades, especialmente durante periodos largos de
altas temperaturas.
La planta de biogás, que es el nombre correcto de la instalación de esta tesis,
consiste en un digestor, que no es más que el depósito donde se introducen los
materiales de desperdicios, y una campana almacenadora de gas.
una nueva tecnología. Los beneficios directos incluyen, por ejemplo, gastos no
incurridos en la compra de otros combustibles convencionales, gracias al uso de
biogás y del efluente del biodigestor. Valores funcionales incluyen el potencial de
la tecnología para disminuir impactos ambientales causados por otras fuentes
convencionales de energía.
- USOS.
Este proyecto estará beneficiando de forma integral a la granja en la cual se
realiza la construcción.
De forma energética, el gas combustible, que se obtiene en la cámara, como
consecuencia de la fermentación anaeróbica (sin· aire) de los desechos del
estiércol animal mezclados con agua, nos ayudara principalmente a la
climatización y en segundo lugar a la cocción de los alimentos de las personas
propietarias de dicho lugar.
123
El Biofertilizante que es el residuo de la fermentación anaeróbica, se lo obtiene
después de la producción de biogás.
Es un abono optimo, rico en nutrientes, como Nitrógeno, fosforo y Potasio. No
tiene mal olor, no atrae insectos, libre de microorganismos constantes de plagas y
enfermedades y permitirá una mejor asimilación de las plantas y cultivos del lugar.
Y finalmente será utilizado para uso sanitario ya que, por la geografía, es
imposible el drenaje de dichos residuos, por lo que con este proyecto trataremos
de dar y enseñar una mejor salubridad del lugar.
- ORGANIZATIVO
Esta planta será considerada de tamaño familiar, de un volumen aproximado de
12 m3
podrá producir entre 1,5 y 2 m3
de biogás y unos 100 litros diarios de
fertilizante, a partir del estiércol de 50 cerdos aproximadamente. Con este biogás,
una familia de 6-8 miembros puede: cocinar 2-3 comidas o hacer funcionar un
refrigerador todo el día y una lámpara durante 3 horas o alimentar un motor
generador de 3 kW durante una hora. Estos valores mencionados anteriormente
se detallaran de mejor manera en los capítulos siguientes.
- CAPACIDAD.
La capacidad del biodigestor será considerado pequeño ya que tenemos un
volumen de biodigestor de 12 m3
- OPERACIÓN
El digestor de cubierta flotante, una vez en fase estacionaria, tiene un
mantenimiento muy simple, que comporta muy poco trabajo extra al campesino.
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La alimentación se efectúa de forma automática, está diseñado el establo de
forma adecuada para que la carga de entrada del digestor sea directamente.
En caso de alimentar el digestor con más sustrato del previsto o de acumular una
cantidad excesiva de gas, la propia cámara de expansión dispone de un
rebosadero para evacuar el volumen sobrante. Los problemas de obturación de
los conductos podrán salvarse mediante la introducción de un émbolo por los
mismos.
En caso de que pueda circular maquinaria pesada por la zona, se deberá de
alertar de la presencia del digestor, para evitar posibles derrumbamientos.
Las actividades diarias serán:
- Rellenar la planta
- Limpiar la cámara de mezcla
- Agitar el contenido del reactor
- Chequear la presión del gas
- Chequear los acumuladores de gas
- Chequear la apariencia y olor del biol
- Para disponer de un perfil de funcionamiento de la planta, los chequeos
diarios pueden registrarse por escrito. Esto permitirá comparar el
funcionamiento y los parámetros característicos de la planta, si esta está
trabajando en las condiciones óptimas y para detectar mal
funcionamientos a priori.
Semanalmente o mensualmente se:
- Sacará o usará el fertilizante orgánico o biol - Lavarán e inspeccionarán las aplicaciones de gas
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- Chequearán las válvulas, acumuladores y tuberías de gas - Inspeccionará la trampa de agua (ver apartado biogás)
Las actividades anuales serán
- Inspeccionar si hay espuma en el reactor, retirándola si fuera preciso
abriendo la planta
- Inspeccionar la impermeabilidad al agua y al gas - Hacer un teste de presión en las válvulas, acumuladores y tuberías de
gas
- Inspeccionar el almacén de gas, si tiene fisuras, y repintarlo si se precisa
- Si la planta se ha iniciado correctamente, esta funcionará en régimen
regular, y el propietario será quien deberá notar las variaciones
anómalas que pueden significar algún problema. El primer aspecto que
se notará será una variación en la producción de gas.
5.3 DIMENSIONAMIENTO
El tiempo de retención es un parámetro que únicamente es exacto en los
reactores tipo batch. Para las plantas de funcionamiento continuo, un valor
aproximado será el que se obtiene de dividir el volumen del reactor por el volumen
de sustrato diario alimentado. Los factores de diseño, la geometría del digestor, el
mezclado etc. podrán hacer variar este parámetro de forma notable para algunos
contenidos concretos del sustrato. Así el tiempo de retención mínimo a aplicar
dependerá de la temperatura de trabajo y de la naturaleza del sustrato.
126
Tabla 5.1 Tiempos de Retención en Rango Mesofílico.74
Si el tiempo de retención es demasiado corto se produce el fenómeno de “wash-
out” o lavado de las bacterias, por las que estas salen del digestor sin haberse
desarrollado interrumpiendo así el proceso. En las plantas agrícolas pocas veces
sucede este fenómeno, mucho más común con plantas de aguas residuales.
La concepción técnica de las plantas de biogás viene determinada por el objetivo
de conseguir los parámetros ideales para el desarrollo de las bacterias.
A parte de eso, las siguientes limitaciones / requerimientos operativos deben
considerarse:
- Tipo y composición de la materia orgánica, que determina el tipo de
proceso
- La demanda existente de biogás y fertilizante, y la cantidad de sustrato
disponible, que condicionan el tamaño del reactor
- Coste del trabajo de construcción y mantenimiento, incluyendo la
necesidad de maquinaria.
El tamaño del reactor depende de la cantidad, la calidad y el tipo de biomasa
disponible, así como de la temperatura de trabajo.
Para el cálculo de plantas de biogás se puede partir de dos análisis diferentes:
74
Ing. Carrasco Franklin. (2008). Nota de Aula De Energías No Convencionales
Estiércol líquido de vaca 20-30 días
Estiércol líquido de cerdo 15-2 días
Estiércol líquido de ave 20-40 días
Estiércol animal mezclado con residuos vegetales 50-80 días
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1. Que se conozcan las cantidades exactas de las materias orgánicas que
deseamos procesar y a partir de ellas calcular todo el biogás y abono, así
como el tamaño adecuado del digestor para el tratamiento de el material
deseado.
2. Que conozcamos la cantidad de energía biogás y abono que se requiere
suministrar y a partir de estos valores, calcular la materia orgánica que se
requiera y su correspondiente digestor.
Para determinar las necesidades energéticas de la propiedad hay que considerar
los siguientes parámetros:
Tabla 5.2 Necesidades Energéticas75
Por cualquiera de los dos caminos mencionados, se llega al dimensionamiento del
digestor.
Para el presente trabajo, tomaremos el primer caso, es decir por las cantidades
exactas de materia orgánica que deseamos procesar y a partir de ellas calcular
todo el biogás y abono, para lo cual debemos considerar lo siguiente:
a. Tipo de animal del que procede el estiércol y número aproximado de los
mismos
b. Disponibilidad de estiércol (materias primas) en la propiedad.
75
Ing. Carrasco Franklin. (2008). Nota de Aula De Energías No Convencionales.
Cocina 0.23 m3 gas/persona/día
Iluminación 0.12 m3 gas/hora/lámpara
Motor 0.40 m3 gas/HP/hora
Refrigerador 2.5 m3 gas/día
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Para este caso determinamos la disponibilidad de estiércol o de las materias
primas, en base a los siguientes parámetros:
Tabla 5.3 Materia Prima
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Bovino adulto estabulado 30 Kg/día
Bovino adulto semi estabulado 15 Kg/día
Porcino (± 50 Kg) 2.2 kg/día
Aves (2 Kg peso) 0.12 Kg/día
Caballo 12 g/día
El biodigestor a diseñar y construir, tendrá como carga solo el estiércol de ganado
porcino, es decir:
Ganado porcino (± 50 Kg) de peso 2.2 kg de estiércol /día
En la Granja donde se va realizar el trabajo, el número de ganado porcino es de
50 animales.
Por lo tanto la cantidad de estiércol la calculamos de la siguiente manera
76
Ing. Carrasco Franklin. (2008). Nota de Aula de Energías No Convencionales
CÁCULO DE LA CANTIDAD TOTAL DE ESTIERCOL:
PA 61 Número de animales
Por cada animal CA 2.2
kg_est
dia
Ecd PA CA
Cantidad total de estiércol Ecd 134.2
kg_est
dia
(5.1)
129
Se debe considerar la cantidad de agua requerida para preparar la mezcla de
digestión, para lo cual anotamos la Tabla 5.4:
Tabla 5.4 Porciones de Agua.
77
Bovino Fresco 1:1
Seco 1:2
Porcino 1:2
Aves 1:1
Equino 1:2
Desechos Humanos 1:1
Desechos Vegetales 1 : 0,5-2
Entonces para el estiércol porcino se tiene una relación 1:2 (1 Kg de estiércol por
2 Kg de agua).
Es decir, que para los 134.2 Kg de estiércol de nuestro análisis, debemos añadir
268.4 Kg de agua, lo que nos daría 402.6 Kg de mezcla que debemos cargar
todos los día al digestor.
5.4 VOLUMEN DEL BIODIGESTOR
El volumen del digestor (Vd) se determina a partir del tiempo de retención
hidráulica (TR) y la cantidad de sustrato diario introducido (Vcd) asi:
77
Ing. Carrasco Franklin. (2008). Nota De Aula De Energías No Convencionales
CANTIDAD DE MEZCLA
Vcd Ecd 2Ecd Relación 1 kg estiércol a 2 kg de agua
Mezcla total de carga diaria Vcd 402.6
kg_mezcla
dia
(5.2)
130
Vd [m3
] = TR [días] * Vcd [m3
/día] (5.3)
El tiempo de retención viene dado por la temperatura de trabajo del reactor. Para
una planta no calentada, se tiene que si está enterrada se encontrará uno o dos
grados por encima de la temperatura del suelo. Se deberá considerar la variación
estacional de la temperatura, dimensionando el tamaño en función de las
condiciones más desfavorables. Para una planta simple, el tiempo de retención
mínimo estará en unos 40 días. Aún así la experiencia ha demostrado que plantas
con TR de 60-80 días, y hasta 100 días funcionan, y con un mayor tiempo de
retención se consigue una mayor producción de gas, alcanzando producciones de
hasta un 40% más.
El volumen del sustrato introducido dependerá de la cantidad de agua que se
añada para alcanzar la proporción de sólidos adecuada, del 4-8%. En muchas
plantas agrícolas el ratio de mezcla del estiércol porcino está dado en la Tabla
5.5.
CÁCULO DEL VOLUMEN DEL BIODIGESTOR
TR 30 Dias
Vd Vcd TR
Vd 12078 Lt Litros de estiércol
En Volumen:
VdvVd
1000
Vdv 12.078 m3 Volumen total requerido
Tiempo de Retención
(5.4)
(5.5)
131
Lo que en nuestro caso equivale aproximadamente a 12 m3.
5.5 CÁCULO DE PRODUCCIÓN BIOGAS POR DIA
Para determinar la cantidad total de energía debemos conocer la producción de
biogás que produce 1kg de estiércol porcino, el cual podemos ver en la Tabla 5.5
Tabla 5.5 Producción De Biogás
78
78
Ing. Carrasco Franklin. (2005).Nota de Aula de Energías No Convencionales.
1 kg de estiércol bovino 0,038 m3 de biogás
1 kg de estiércol de ave 0,043 m3 de biogás
1 kg de estiércol porcino 0,035 m3 de biogás
1 kg de estiércol vegetales 0,040 m3 de biogás
CÁCULO DE PRODUCCIÓN DE BIOGÁS POR DÍA
Producción de gas para estiércol porcino = 0.035 m3 de Biogás
SD Ecd 0.035
SD 4.697 m
3Biogas
dia
Se debe añadir un 5 al 10 % del total por margen de seguridad esto es:
Factor de seguridad del 10%
SDt SD SD 0.1
Producción de biogás al día SDt 5.167
m3Biogas
dia
(5.6)
(5.7)
132
5.6 DISEÑO DE LA MANPOSTERIA
En base al volumen del digestor calculado anteriormente, debemos conocer el
resto de dimensiones del digestor, para lo cual seguimos la siguiente metodología:
Generalmente los digestores son cilíndricos, debido a que esta forma geométrica
es muy consistente, requiere menor cantidad de materiales de construcción, y
eliminar las aristas o esquinas de las paredes que pueden permitir fugas de gas.
Conociendo el volumen calculamos la profundidad del pozo (tipo vertical)
considerando que se trata de un biodigestor cilíndrico vertical de diámetro (d) Igual
a la profundidad (h).
d=h
y sabemos que:
Vd
2 4
h
Donde:
V = volumen.
Reemplazando h por d:
d
3V 4
(5.8)
(5.9)
133
Remplazando por sus valores tenemos:
Tenemos entonces que un digestor de 12 m3 de volumen será un pozo de 2.4 m
de diámetro y 2.4 m de profundidad (d=h).
Como la relación de altura diámetro del pozo no necesariamente es de 1 a 1,
vemos el cálculo de la profundidad del pozo para este mismo digestor de 12 m3 de
volumen, si estipulamos un diámetro de 2.10 m.
Aplicando:
Vd
2 4
h
Despejamos:
hV 4
d2
Reemplazando sus valores respectivamente tenemos:
Teniendo las dimensiones del digestor que serían
d = 2.10 m Diámetro
d
312 4
d 2.481
h12 4
22
h 3.82 m( )
(5.10)
(5.11)
134
h = 3.82 m Altura
Se procederá a la excavación, sumando el grosor de la pared lateral y del fondo.
A continuación hacemos el análisis de la cantidad total de ladrillos que utilizaremos
para la construcción del biodigestor con las dimensiones antes mencionadas.
Para el cálculo de las distancias, utilizamos el programa AutoCad
Largo total de varilla = (120+118+113+103+89+66)*2*4
Largo total de varilla = 4872 cm = 48 m
Figura 5.1: Diseño del Mallado para La Base del Pozo
Los 48 metros representa un total de 4 varillas de 12 m de largo y de 10 mm de Ø
CALCULO DEL NÚMERO DE VARILLAS UTILIZADAS EN EL MALLADO PARA
LA BASE DE HORMIGON ARMADO DEL POZO
135
CALCULO DEL MATERIAL PARA LA MANPOSTERIA
CALCULO DEL NÚMERO DE LADRILLOS UTILIZADOS EN LA PARED
DEL PERIMETRO DEL BIODIGESTOR
m Diámetro del biodigestor
Pb d
Pb 6.597 m
Calculo del área total de biodigestor
h 4 m Altura total del biodigestor considerando declive
Área total del biodigestor
Ab 26.389 m2
Área de Cada Ladrillo
m Largo de ladrillo
m Altura del ladrillo
Al Ll hl
Al 0.031 m2
Área Total del Ladrillo
Perímetro del biodigestor
Área del concreto
Área del Concreto Horizontal Al Ladrillo
Ach 0.007 m2
Acv 0.002 m2
Área del Concreto Vertical Al Ladrillo
d 2.10
Ab Pb h
hl 0.09
Ll 0.34
Ach Ll 0.02
Acv hl 0.02
(5.12)
(5.13)
(5.14)
(5.15)
(5.16)
136
Como podemos observar en la siguiente figura
Figura 5.2: Dimensiones del Ladrillo más Concreto
Área Total del Ladrillo más Concreto
Atl Al Ach Acv
Atl 0.039 m2
Área Total Ladrillo más Concreto
Calculo del número de ladrillos a utilizar
NlAb
Atl
Nl 673.198 Numero de Ladrillos para la Pared del Biodigestor
CALCULO DEL NÚMERO DE LADRILLOS UTILIZADOS EN LA PARED DE LA
MITAD DEL BIODIGESTOR
Donde d es el diámetro del biodigestor h1 es la altura de la pared divisora
h1 3
Apd d h1 Área de la pared divisora
Apd 6.3 m2
m
(5.17)
(5.19)
(5.10)
137
Calculo del número de ladrillos a utilizar
NlpdApd
Atl
Nlpd 160.714 Numero de Ladrillos para la Pared Divisora del Biodigestor
Numero de Ladrillos Totales
Ntl 833.913 Numero de ladrillos Totales en el Biodigestor
Calculo del Espesor de la Ceja
Varios autores aconsejan que se debe realizar esta utilizando dos filas de ladrillos cruzados, Por lo tanto la altura seria
hc hl 2( ) 3 0.02( ) Altura del la Ceja más Concreto
hc 0.24
Calculo de la Altura de la Pared Divisoria del Biodigestor
Altura Total del Biodigestor
Altura Considerada a la que llegaría el material orgánico dentro del biodigestor
hc 0.24
Altura de la pared divisoria
hpd 3
Ntl Nl Nlpd
H 4
hpd H hg hc
hg 0.76
m
m
m
m
(5.20)
(5.23)
(5.22)
(5.21)
138
CALCULO DEL NUMERO DE VARILLAS UTILIZADAS PARA LA
CONSTRUCCION DE LA BASE DE LA CEJA
Calculo del perímetro del aro externo
m Diámetro del aro exterior
Pae Dae Perímetro del aro externo
Pae 7.069 m
Calculo del perímetro del aro interno
m Diámetro del aro interno
Pai Dai
m Perímetro del aro interno
Medidas de las varillas para unir los aros
m Varillas de unión
m Varillas de unión más pequeñas
Calculo total de número de varillas
Largo total utilizado de varilla
Ltu Pae Pai Vu Vu1
Ltu 13.431 m
Por lo tanto vamos a utilizar 1 varilla de 12 m y completamos con lo que sobro de la utilización en la construcción de la varilla para el mallado
Pai 5.812
Dai 1.85
Vu 0.35
Vu1 0.20
Dae 2.25
(5.24)
(5.25)
(5.26)
139
5.7 CÁLCULO DE LA CAMPANA
Como se requiere almacenar por lo menos del 50% de la producción de biogás
producido en el día, o sea:
½ * SDt (m3) = m3 de biogás
En el punto 5.5 se Cálculo SDt, es decir la producción de biogás por día.
En el punto 5.6 se calcula que el diámetro del digestor es de 2.10 m por lo que
serán para la campana 2 m de diámetro para dejar 0.10 m de holgura entre el
digestor y la campana. Necesitamos conocer la altura (h) de la campana.
SDt 5.167 Producción de biogás al día m3Biogas
dia
CAPACIDAD DE ALMACENAMIENTO DE BIOGAS DENTRO DE LA
CAMPANA
V´SDt
2
V́ 2.583 m3 de biogás
ALTURA DE LA CAMPANA
h1V́ 4
2( )2
V d 2
4 h1
d d
h1 0.822 m
(5.27)
(5.28)
(5.29)
140
Donde:
V´ = al almacenaje de la campana
Es decir, que se requiere de un gasómetro de 2 m de diámetro y 1 m de altura
aproximadamente.
Ya que las planchas de tol que se dispone tienen una altura de 1.20 m, no será
problema que la campana a construir tenga 2m de diámetro y 1 m de altura sin
contar que tendríamos un volumen extra de la cabeza del gasómetro que es de
0.35 m3
Teniendo un volumen total del gasómetro sumado la cabeza del gasómetro mas el
cuerpo del mismo que es de 4.12 m3
CALCULO DEL MATERIAL NECESARIO PARA LA CONTRUCCION DEL
GASOMETRO
DESARROLLO DEL CUERPO DEL GASOMETRO
Calculo del perímetro de cuerpo del gasómetro
Dg 2 Diámetro del gasómetro
P 6.283 Perímetro del gasómetro
Calculo de numero de planchas de tol que se necesitaran para el cuerpo del
gasómetro
m Largo de la plancha de tol
Ancho de la plancha de tol
Numero de planchas
m
N P
L
L 2.4
a 1.2 m
P Dg
(5.30)
(5.31)
m
m
141
DESARROLLO DE LA CABEZA DEL GASOMETRO
5.8 DISEÑO DEL TANQUE Y TUBERIA DE CARGA
Tanque de carga llámese al tanque que se construye sobre el tubo de carga y que
sirve corno local de mezcla del material a ser digerido. Debe tener un volumen
mínimo igual al volumen de carga diaria requerida por el digestor. Debe estar
localizado a ± 20 cm encima del nivel de líquido del digestor.
N 2.618
Por lo tanto para la cuerpo del gasómetro se necesitan 3 panchas de tol de 2 (mm) de espesor
Calculo del área de la cabeza que en este caso es de forma cónica
m Hipotenusa del cono
Area del cono
A 3.308 m2
Calculo del número de planchas para la cabeza cónica del gasómetro
Ap L a Área de la plancha de tol
Ap 2.88 m2
NcA
Ap
Nc 1.149 Por lo tanto para la cabeza cónica del gasómetro se necesitan 1 pancha porque de la confección del cuerpo del gasómetro sobro plancha de tol
A
2 Dg hp
hp 1.053
(5.32)
(5.33)
(5.34)
142
La tubería de carga debe tener un diámetro de 10-15 cm si se trata de sustrato
líquido o 20-30 cm si se trata de sustrato fibroso.
En este caso el sustrato es liquido, por lo que se pondrá un tubo de carga de 4.5”
de diámetro.
Ø del tubo de carga = 4,5”
Debido al declive del terreno donde será realizada la construcción y a la forma
como está construido los galpones, se aprovechara la mayor cantidad de espacio
del terreno para el diseño de estas cajas, a continuación de detalla la forma del
cajón a construir:
Figura 5.3: Diseño del Tanque de Carga
Sería imposible alargar el tanque de descarga hacia atrás ya que nos toparía con
el galpón por lo que se realizara este diseño tratando de aprovechar todo el
espacio disponible para realizar la construcción.
Para comprender de mejor manera se presenta la vista frontal del conjunto caja
tubo:
143
Figura 5.4: Conexión del Tanque y Tubo de Carga
A continuación hacemos el análisis de las dimensiones estimadas del tanque de
carga
Figura 5.5: Dimensiones del Tanque de Carga
Para el cálculo del volumen del tanque de carga hemos considerado que debe tener un volumen igual a 2 veces la carga diaria sin perjudicar esto el diseño del biodigestor
CÁLCULO DEL LAS DIMENSIONES ESTIMADAS DEL TANQUE DE CARGA
Por la geometría del tanque lo hemos dividido en aéreas para que sea más fácil su Cálculo
Lt 2 Largo del tanque de carga
Ancho de tanque de carga
Profundidad del tanque de descarga según grafico
Profundidad del tanque de descarga según grafico
at 1.20
pt 0.33
pt1 0.60
m
m
m
m
144
Entonces el volumen del biodigestor es igual al doble de la carga daría para
nuestro diseño
5.9 DISEÑO DEL TANQUE Y TUBERIA DE DESCARGA
El tanque de descarga que puede o no ser un tanque propiamente dicho puede
ser tan sólo una protección para la extremidad del tubo de descarga y que sirve-
Lt2 Lt Lt1
Lt2 1.28
Calculo de los volúmenes de cada uno de los tanques
v1 0.648 m3
v2Lt2 pt1 pt( )[ ]
2at
v2 0.207 m3
v3Lt1 pt1 pt( )[ ]
2at
v3 0.117 m3
vt v1 v2 v3
vt 0.972 m3
Lt1 0.72
v1 Lt pt1 pt ( ) [ ] at
m
m
(5.35)
(5.36)
(5.37)
(5.38)
(5.39)
145
para dirigir el flujo de material ya digerido (efluente). Cuando se desee se puede
construir un tanque que puede ser de capacidad variable y que permita almacenar
el efluente de por lo menos 2 - 5 días.
Para lo cual diseñaremos un tanque que pueda almacenar 2 veces la carga diaria
por cuestiones de espacio.
La forma de este tanque será:
Figura 5.6: Diseño del Tanque de Descarga
La vista frontal será entonces:
Figura 5.7: Conexión del Tanque y Tubo de Descarga
Y su volumen por lo tanto será:
Vtd = Vcd*2
Donde:
Vcd = Volumen total de mezcla diaria
(5.40)
146
Vtd = 0.4*2 = 0.8 m3 de Volumen del tanque.
Entonces el volumen del biodigestor es igual al doble de la carga diaria para
nuestro diseño
CÁCULO DE DIMENCIONES ESTIMADAS DEL TANQUE DE DESCARGA
Por la geometría del tanque lo hemos dividido en aéreas para que sea más fácil su cálculo
m Largo del tanque de carga
m Ancho de tanque de carga
m Profundidad del tanque de descarga segun grafico
m
m
Cálculo de los volúmenes
vd1 0.702 m3
vd2 0.351 m3
vtd v1 v2
vtd 0.855 m3
Ltd 1.30
atd 1.20
ptd 0.70
ptd1 0.25
Ltd1 0.72
vd1 Ltd ptd ptd1 ( ) atd
vd2 Ltd ptd ptd1 ( ) [ ]
2 atd
(5.42)
(5.43)
(5.44)
(5.41)
147
Tabla 5.6 Parámetros de Cálculo del Biodigestor
# Parámetros o Características Cant Unidad
1 Volumen del Biodigestor 12 [m3]
2 Carga Total Diaria de Materia Orgánica 134.2
3 Carga Total de Mezcla Diaria 402.6
4 Producción de Biogás por Día 5.167
5 Diámetro del Biodigestor (Interna) 2.10 [m]
6 Altura Total del Biodigestor 3.82 [m]
7 Altura de la Pared Divisora 3 [m]
8 Espesor de la Ceja 0.24 [m]
9 Varillas Utilizadas para el mallado del Piso 4 12 [m] Largo,
10[mm]
10 Ladrillos Utilizados para el Perímetro del Biodigestor 673 Ladrillos
11 Ladrillos Utilizados para el Perímetro del Biodigestor 160 Ladrillos
12
Varilla Utilizada para la construcción de la Base de
la Ceja
1
12 [m] Largo
10[mm]
13
Capacidad de almacenamiento de Biogás en la
Campan
2.583 [m3]
14 Altura de la Campana 1.20 [m]
15 Altura de la Campana 1.20 [m]
16 Diámetro de la Campana 2 [m]
17
Planchas Utilizadas para la Construcción de la
Campana
4 Planchas de
2.4[m]x1.2[m]]
18 Volumen del Tanque de Carga 0.972 [m3]
19 Largo de Tanque de Carga 2 [m]
20 Ancho del Tanque de Carga 1.20 [m]
21 Profundidad del Tanque de Carga 0.33 [m]
22 Volumen del Tanque de Descarga 0.855 [m3]
23 Largo del Tanque de Descarga 1.30 [m]
24 Ancho del Tanque de Carga 1.20 [m]
25 Profundidad del Tanque de Carga 0.70 [m]